Análisis teórico de la precarga y anti-aflojamiento de la tuerca de bloqueo tipo momento efectivo

Análisis teórico de la precarga y anti-aflojamiento de la tuerca de bloqueo tipo momento efectivo

En condiciones de conexión estática, los sujetadores roscados están en estado de autobloqueo y no se aflojarán. En la industria automotriz, debido a la complejidad y la mala condición de la carretera de conducción del automóvil, cuando la posición de sujeción parcial está en las condiciones de trabajo de vibración, choque, carga de cambio de cambio, los sujetadores tienen un peligro potencial de soltar.

Con el fin de evitar que los sujetadores se aflojen, la selección de una manera razonable de evitar el aflojamiento y garantizar una suficiente precarga para agregar protección a una conexión roscada confiable. La tuerca de bloqueo de momento efectivo es uno de los firmwares antiaflojamiento más comunes y representa el 30%~70% de todos los tipos antiaflojamiento. Por lo tanto, conocer sus principios anti-aflojamiento y garantizar una precarga confiable es esencial para el uso eficaz del firmware anti-aflojamiento.

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Análisis de aflojamiento de conexiones roscadas

1.1. Manifestaciones de la conexión de rosca suelta

El aflojamiento de las conexiones roscadas generalmente se muestra como un deslizamiento relativo del perno a la tuerca, pero en realidad significa que el aflojamiento ha ocurrido.

El aflojamiento de las conexiones roscadas se divide en dos etapas: aflojamiento no rotativo y aflojamiento rotativo. El primero es una etapa temprana de aflojamiento, que se manifiesta por una disminución de la fuerza de sujeción como se muestra en la figura 1; Este último se produce cuando las trazas de deslizamiento entre las superficies de apoyo o los dientes roscados se acumulan hasta el punto de que se produce un deslizamiento relativo notable entre el perno y la tuerca, es decir, un aflojamiento rotatorio como se muestra en la figura 2.

Figura 1. Manifestaciones del aflojamiento de un sujetador

La figura 1 muestra que la fuerza de sujeción axial de la conexión roscada disminuye constantemente durante el aflojamiento del sujetador. Y la fuerza de sujeción de una conexión roscada está relacionada con su capacidad de servicio confiable. Por lo tanto, se necesitan ciertas medidas antiaflojamiento para evitar el deslizamiento mutuo entre los hilos para garantizar que la fuerza de sujeción se mantenga a un nivel comparable.

1.2. Causas de falla de sujetadores sueltos

1) en la fase inicial de aflojamiento, el aflojamiento de las conexiones roscadas es causado principalmente por la deformación plástica del material.

La fase inicial de aflojamiento también se conoce como fase de aflojamiento del material. Elasticidad del material, por ejemplo debido a superficies de contacto irregulares y tensiones locales excesivas (que pueden ocurrir en el primer anillo de la tuerca); Compresión debida a una presión excesiva en la superficie de soporte del anillo de la cabeza del sujetador: fluencia debida a la temperatura; Y el efecto de trinquete del material bajo la carga cíclica y así sucesivamente hará la deformación plástica del material. La deformación plástica reduce la tensión del sujetador y, a su vez, relaja las conexiones roscadas.

Tabla 1 causas de aflojamiento temprano

Para mitigar la situación de atenuación de las fuerzas axiales en la fase inicial, se necesitan diferentes medidas para diferentes causas. La superficie de contacto de la brida puede aumentar el área de contacto de la superficie de la brida o mejorar la fuerza de los conectores, en respuesta a la presión excesiva causada por la caída de la superficie de soporte del anillo de la cabeza del sujetador; En el diseño de la torsión, el par de rendimiento se compara con el par de aplastamiento de la superficie de apoyo, tomando el valor mínimo de ambos, como el valor máximo del rango de torsión dinámica del sujetador, como se muestra en las ecuaciones (2-1)~(2-3).

Además de esto, es práctica habitual complementar el apriete por el aflojamiento inicial de la fuerza axial perdida. Sin embargo, la relajación de tensión en esta etapa es difícil de determinar. En el montaje real, depende principalmente de la experiencia para determinar. Tales como la relajación de la tensión y la atenuación de la fuerza axial son comunes en las conexiones blandas, donde se toman medidas para mejorar el par de diseño original o la precarga múltiple en etapas. La relajación de tensión es menor para la situación de unión dura "acero - acero".

Torque de rendimiento:

Aprieta el torque:

(para 2-3)

En la fórmula: k coeficiente de torque; D diámetro nominal; Fty fuerza axial de rendimiento; Y punto de rendimiento; Área de la sección de tensión nominal del hilo x; Diámetro equivalente de la sección de tensión nominal del hilo dA; El Paso p; µs coeficiente de fricción del hilo; D2 diámetro medio; αs rosca ángulo lateral del diente; DW superficie de soporte de contacto od; Dh contacto diámetro interno de la superficie de apoyo; La fuerza de extrusión de la superficie de soporte del axón p.

(2) en la fase de aflojamiento posterior, cuando el momento de rotación generado por la carga externa a lo largo de la dirección de aflojamiento del perno es mayor que el momento de aflojamiento del perno, aparecerá una aparente rotación relativa. Esta etapa también se conoce como fase de aflojamiento estructural. Los sujetadores automotrices están sometidos principalmente a cargas de cizallamiento (transversales), torsión y tracción cuando trabajan. Cuando un sistema de unión roscado está sometido a una carga de cizallamiento, el perno es más susceptible a la aflojamiento rotacional, la carga de torsión es secundaria y la carga de tracción es relativamente menos proclive a la aflojamiento. Aquí se debe demostrar que la rotación relativa no ocurre instantáneamente, sino que es el resultado de la acumulación de deslizamientos locales. En la figura 2 se muestra el ejemplo de una carga transversal alternada para un análisis en profundidad.

Figura 2. Proceso de aflojamiento de un sujetador bajo carga transversal

La dirección y la magnitud de los momentos de fricción varían en diferentes puntos de la superficie de contacto bajo la acción de cargas transversales alternas. La superficie de soporte de la cabeza del sujetador se divide en una serie de sectores (figura 2). En el eje y, el semicírculo izquierdo es el sector A y el semicírculo derecho es el sector B. DF es la fuerza equivalente del momento de rotación. DF es la carga transversal. La dirección indicada por la flecha es la dirección de la fuerza.

Para mantener la superficie de contacto en un estado de no deslizamiento, las fuerzas de fricción requeridas varían en cada punto de posición. La fuerza de fricción en el sector A es significativamente mayor que en el sector B. La fuerza de fricción máxima que ambos sectores pueden proporcionar es la misma (fm=μN, N- fuerza de sujeción, μ- coeficiente de fricción), y cuando la carga lateral aumenta hasta cierto valor, el sector A entra primero en el estado de deslizamiento.

A medida que el sector A cambia de un estado de fricción estática A un estado de fricción dinámica, las fuerzas en otros sectores se verán afectadas. A medida que aumenta la carga lateral, más sectores entran en un estado de deslizamiento, equivalente a la rotación del sujetador alrededor del sector B. Cuando la dirección de la carga transversal cambia, la dirección de la fricción cambia de nuevo, de tal manera que el sujetador se desplace lentamente después de un balancín constante.

En resumen, el período de relajación del material es complejo, mientras que la fuerza de sujeción de esta fase es pequeña para las conexiones duras ordinarias "acero - acero". Por lo tanto, el estudio se basa principalmente en la "fase de relajación estructural". La causa inmediata de la relajación estructural es que el momento de fricción no es suficiente para contrarrestar el momento que hace girar el cerrojo. Cómo garantizar que tenga un buen rendimiento de fricción y lograr un anti-aflojamiento confiable, es el lugar de la investigación para el tipo de sujeción anti-aflojamiento de fricción.